無人駕駛洗掃車智能控制系統(tǒng)研究

付偉龍，王學(xué)友，朱陽，蔣瑞鋒，王富強(qiáng)，趙增耀

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

1 前言

伴隨底盤自動駕駛的日臻成熟以及場景式無人作業(yè)的逐步推廣，洗掃車的無人駕駛化已逐漸成為市場趨勢。傳統(tǒng)的洗掃車駕駛員操作既要保證車輛行駛安全，還要選擇適當(dāng)?shù)南磼吣Ｊ奖ＷC路面清潔效果。駕駛員操作強(qiáng)度大，實(shí)際工作當(dāng)中駕駛員通常在作業(yè)出發(fā)前選好作業(yè)模式，工作過程一般很少進(jìn)行模式改變，造成要么油耗浪費(fèi)，要么掃路效果不滿足要求的現(xiàn)狀。

2 背景及意義

目前市面上的智能駕駛洗掃車能夠?qū)崿F(xiàn)自動駕駛、自動掉頭、自動過紅綠燈、自動停車等[1]。但是，上裝的作業(yè)模式固定，不能根據(jù)作業(yè)道路的狀況、作業(yè)環(huán)境的變化以及車輛行駛狀態(tài)而自動調(diào)整。洗掃車智能控制系統(tǒng)主要研究以下四方面技術(shù)。a.通過對車輛行駛狀態(tài)的分析判斷，在洗掃車臨時停車等待（等紅綠燈、避讓行人）自動調(diào)整掃盤狀態(tài)、水路系統(tǒng)等，達(dá)到節(jié)油、節(jié)水、節(jié)料的效果；b.通過對環(huán)境溫度的采集分析，自動調(diào)節(jié)各水路系統(tǒng)，從而解決低溫環(huán)境下由于洗掃車作業(yè)造成的路面結(jié)冰現(xiàn)象；c.通過對雨量的采集分析，自動判斷是否適合作業(yè)或返航；d.通過對路面潔凈度的采集分析，自動調(diào)節(jié)車速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、掃盤速度等，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的清掃效果。

3 系統(tǒng)組成及原理

該控制系統(tǒng)主要由上裝控制單元、行駛狀態(tài)采集單元、環(huán)境溫度采集單元、雨量采集單元、路面潔凈度采集單元五部分組成，其中上裝控制單元，主要負(fù)責(zé)上裝信號的采集、控制及與底盤的通信；行駛狀態(tài)采集單元主要對車輛行駛狀態(tài)的信息采集、分析及判斷；環(huán)境溫度采集單元實(shí)現(xiàn)對車輛運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時采集、監(jiān)控，并進(jìn)行工作安全性判斷；雨量采集單元主要對雨天作業(yè)時的雨量大小進(jìn)行直接/間接采集及判斷，分析是否適合繼續(xù)作業(yè)，并選擇合適的作業(yè)模式；路面潔凈度采集單元主要對路面的潔凈度進(jìn)行采集、分析，實(shí)現(xiàn)分級控制。最終實(shí)現(xiàn)上裝水路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、液壓執(zhí)行系統(tǒng)、報警及語音播報系統(tǒng)的實(shí)時精準(zhǔn)控制。系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖

3.1 行駛狀態(tài)采集控制單元

通過車速行駛速度、駐車制動信號、行車制動信號等車輛行駛狀態(tài)的采集、分析及判斷，實(shí)現(xiàn)在洗掃車臨時停車等待（等紅綠燈、避讓行人）時，a.自動關(guān)閉洗掃車的高壓水路噴水/濕掃掃刷噴霧；b.停止掃盤馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉水路，降低功耗；c.停止掃盤旋轉(zhuǎn)，減少掃刷磨損。并在車輛起步后自動啟動相應(yīng)水路及掃盤馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)油、節(jié)水、節(jié)料的目的。具體如圖2 所示。

圖2 行駛狀態(tài)采集控制單元組成圖

有效解決了臨時停車等待時a.吸嘴是不足以把噴出的水吸回，而造成的污水橫流，影響市容市貌，易引發(fā)交通事故現(xiàn)象；b.掃盤一直旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不必要的磨損損耗，導(dǎo)致掃刷更換周期縮短，整車使用成本增加；c.整個上裝都在工作，此時油耗是不必要的，同時造成不必要的尾氣排放。

3.2 環(huán)境溫度采集控制單元

通過對實(shí)時氣溫、路面溫度及電磁閥狀態(tài)的采集、分析，實(shí)現(xiàn)對水路系統(tǒng)的自潔系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)的自動關(guān)閉及開啟，有效解決及避免了氣溫較低的情況下，洗掃車作業(yè)時的噴水噴霧造成的路面濕滑結(jié)冰問題。

具體為當(dāng)當(dāng)天氣溫TY＜0℃時，洗掃車自潔系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)全部關(guān)閉；當(dāng)當(dāng)天氣溫TY≥0℃，且實(shí)時氣溫TH＜標(biāo)定值T1 時，若路面溫度TL≥標(biāo)定值T2 時，洗掃車噴水系統(tǒng)關(guān)閉，若路面溫度TL＜標(biāo)定值T2 時，噴水系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)同時關(guān)閉。詳細(xì)控制邏輯如圖3 所示。

圖3 環(huán)境溫度采集控制邏輯圖

3.3 雨量采集控制單元

通過對洗掃車雨天作業(yè)過程中的實(shí)時雨量采集、分析及判斷，實(shí)現(xiàn)對雨量進(jìn)行小雨、中雨、大雨、暴雨四個分級，并針對不同的雨量大小進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、干掃作業(yè)、停止作業(yè)返航三種狀態(tài)的控制及信息發(fā)送。

雨量的采集采用雨量傳感器、路面圖形識別、污水箱水位變化率三項技術(shù)融合，從而根據(jù)雨量分級確定確定洗掃車最佳工作模式。系統(tǒng)組成如圖4 所示。

圖4 雨量采集控制單元組成

通過雨量和洗掃車污水箱水位變化率的分析判斷，確定當(dāng)前雨量是否適合需要繼續(xù)作業(yè)或作業(yè)模式調(diào)整。否則就會出現(xiàn)大量抽吸雨水、造成污水箱快速被雨水占滿，達(dá)不到清掃道路的目的。

具體為當(dāng)實(shí)時雨量Ri＜雨量閾值R1 (mm/h)時，系統(tǒng)定義為毛毛雨/小雨，此時洗掃車保持標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模式；當(dāng)雨量閾值R1＜實(shí)時雨量Ri＜雨量閾值R2 時，系統(tǒng)定義為中雨，此時洗掃車結(jié)合路面圖像識別系統(tǒng)的采集及分析，若圖像識別路面為潮濕狀態(tài)時，車輛開啟干掃作業(yè)模式，否則保持標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模式；當(dāng)雨量閾值R2＜實(shí)時雨量Ri＜雨量閾值R3 時，系統(tǒng)定義為大雨模式，此時再結(jié)合洗掃車污水箱水位變化率Kw，若污水箱水位變化率Kw＜污水箱水位變化率閥值KwB時，車輛開啟干掃作業(yè)模式，否則直接返航并發(fā)送相關(guān)返航信息；當(dāng)時雨量Ri＞雨量閾值R3 時，洗掃車停止上裝作業(yè)并進(jìn)入返航模式。

3.4 路面潔凈度采集控制單元

通過圖像采集攝像頭對路面潔凈度進(jìn)行實(shí)時采集[2]、分析及潔凈度分析，將路面分為輕度垃圾路面、中度垃圾路面、重度垃圾路面。并根據(jù)三種路面狀態(tài)智能調(diào)節(jié)洗掃車作業(yè)車速及工作模式，對車速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、掃盤速度進(jìn)行精準(zhǔn)控制[3]，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的清掃效果。具體為根據(jù)路面潔凈度分析得出優(yōu)選的作業(yè)車速和工作模式，若當(dāng)前車速高于目標(biāo)車速，則工作模式立即置成強(qiáng)掃，待實(shí)際車速降到目標(biāo)車速后，工作模式置成目標(biāo)模式。若當(dāng)前車速低于目標(biāo)車速連續(xù)5 分鐘（可設(shè)置），則直接提速，工作模式立即置成強(qiáng)掃，待實(shí)際車速升到目標(biāo)車速后，工作模式置成目標(biāo)模式。詳細(xì)如圖5 所示。

圖5 路面潔凈度采集控制單元組成圖

4 結(jié)語

無人駕駛洗掃車智能控制系統(tǒng)從高效、智能、環(huán)保、節(jié)能四個維度開展了基于路面潔凈度、環(huán)境溫度、雨量及車輛行駛狀態(tài)的洗掃車智能控制系統(tǒng)研究，有效解決了傳統(tǒng)洗掃車作業(yè)效率低、駕駛員勞動強(qiáng)度大以及自動駕駛洗掃車作業(yè)模式固定的行業(yè)難題，從而實(shí)現(xiàn)洗掃車的無人作業(yè)。